Invertteri- Sr1?

[Mikko Heino]

Juuri pari päivää sitten mietin, kuinka vaikeaa olisi saada Sr1 moottorijarrutuksella puskemaan sähköä ajolankaan. Sähkömoottoreista ja niiden ohjaustekniikasta en ymmärrä juuri mitään, mutta sen tajusin, että tyristorikäyttö varmaankin olisi pakko muuttaa taajarikäytölle. Sen pohdinta tosin on jo vähän jälkijunassa kun Sr3 tekee kovasti jo tuloaan.
Tasoristeys 4/2010- uutissa tällä sivustolla sattui juuri silmään 3099 olevan ensimmäinen invertterikäyttöinen Sr1.
Siis mikä ihmeen invertterikäyttö- Susi ja osaako se ajolankaan syötön?

[Olli Aalto]

Juuri pari päivää sitten mietin, kuinka vaikeaa olisi saada Sr1 moottorijarrutuksella puskemaan sähköä ajolankaan. Sähkömoottoreista ja niiden ohjaustekniikasta en ymmärrä juuri mitään, mutta sen tajusin, että tyristorikäyttö varmaankin olisi pakko muuttaa taajarikäytölle. Sen pohdinta tosin on jo vähän jälkijunassa kun Sr3 tekee kovasti jo tuloaan.
Tasoristeys 4/2010- uutissa tällä sivustolla sattui juuri silmään 3099 olevan ensimmäinen invertterikäyttöinen Sr1.
Siis mikä ihmeen invertterikäyttö- Susi ja osaako se ajolankaan syötön?

Ei osaa. Invertterikäyttö tarkoittaa ajomoottorien tuuletinmoottoreiden ohjausta.

Taajuusmuuttajakäyttö Sr1:ssä on sula mahdottomuus, sillä moottorit ovat tasavirtamoottoreita, eivätkä kolmivaiheisia oikosulkumoottoreita, joiden nopeutta säädetään vaihtovirran taajuutta muuttamalla, niin kuin Sr2:ssa, Dr16:ssa ja Helsingin metrossa. Siksi tyristorikäyttö on käytännössä ainoa mahdollinen Sr1:n kohdallla, joten jos taajuusmuuttajaa haluttaisiin käyttää, pitäisi kaikki ajomoottorit vaihtaa. Mielekästä enää "tällä iällä"?

P.S. Tasavirtamoottorin nimessä oleva tasavirta-sana paljastaa, että sille syötettävän jännitteen tulee olla tasajännite, ja tasajännitteen (sekä -virran) taajuus ovat tietenkin 0 Hz. Jo valtakunnanverkon 50 Hz riittää tuhoamaan moottorin kommutaattorin(?) sisäisiin kipinöinteihinsä.

[Mikko Heino]

Olli, kiitos! Olipas loppuun asti mietitty pohdinta; tasavirtamoottorissa pikkuisen ajattelemalla tosiaan taajuusmuuttajalla ei ole mitään virkaa. (Kai) tasavirtamoottorikin toimii laturina jarrutuksessa. Ja onhan Sr1:ssä "moottorijarru" kun sellainen on käsittääkseni myös mm. Isossa Vaikeessa?
Kaiketi nykyisiin tasavirtaratamoottoreihin voisi moottorijarrutuskäyttöön asentaa teoriassa taajuusmuuttajan joka syöttäisi jarrutusenergiaa muuntajan kautta ajolankaan? Taajareille kai tasavirta on hyvää purtavaa. Tosin luulen, että muutama tekijä kuten hyöty/kustannussuhde, tilanpuute, elinkaaren lyhyys ja paino tekevät koko pohdinnasta täysin älyttömän.?

[Tuukka Ryyppö]

Ja onhan Sr1:ssä "moottorijarru" kun sellainen on käsittääkseni myös mm. Isossa Vaikeessa?

Sähköjarruja, eli "moottorijarruja" on ollut pitkään ennen kuin veturit oppivat syöttämään sähköä takaisin ajolankoihin. Ne ovat toimineet siten, että junassa on isot lämpövastukset – tavallaan siis jättikokoinen leivänpaahdin – joko lattian alla tai katolla ja muodostuva sähköenergia sitten muutetaan niiden avulla lämmöksi. Neuvostokaluston katolla nuo vastukset erottuvat hyvin, mutta vastaavat löytyvät myös sellaisesta kalustosta, joka osaa palauttaa sähkövirtaa ajolankaan, koska jos ajolangan jännite on jo liian korkea, sinne ei ole mahdollista tunkea enempää sähköä, vaan liika sähkö on päästettävä harakoille.

[Topi Lajunen]

Neuvostokaluston katolla nuo vastukset erottuvat hyvin, mutta vastaavat löytyvät myös sellaisesta kalustosta, joka osaa palauttaa sähkövirtaa ajolankaan, koska jos ajolangan jännite on jo liian korkea, sinne ei ole mahdollista tunkea enempää sähköä, vaan liika sähkö on päästettävä harakoille.

No, ihan kaikessa kalustossa ei tuohon käyttöön vastuksia ole, kuten nyt vaikkapa Sr2. Jos Sr2 menettää kyvyn tunkea sähköä lankaan, sähköjarrutus yksinkertaisesti lakkaa. Se ei ole fail safe (missään kalustossa). Mikäli jarrutus on tehty itsetoimijarrukahvalla (ja veturi on päättänyt toteuttaa pyydetyn jarruvoiman sähköjarrulla), paineilmajarru korvaa sähköjarrun. Paineilmajarrujärjestelmä toimii taustalla ikään kuin kytiksellä, ja jos sähköjarru lakkaa toimimasta, menee yksi ep-venttiili virrattomaksi ja paineilma pääsee sylintereille (näin hieman yksinkertaistaen).

Sr2-veturissa on kyllä vastuksetkin, mutta ne on tarkoitettu tilanteeseen, jossa välipiiri täytyy purkaa tyhjäksi, eikä sillä ole muuta paikkaa mennä. Tämä itse asiassa tapahtuu myös tilanteessa, jossa kesken sähköjarrutuksen lakkaa mahdollisuus syöttää sähkö ajolankaan, mutta itse jarrutukseen tätä ei käytetä.

Nyt en ole ihan varma muusta modernista kalustosta, miten ne käyttäytyvät ajolangan ylijännitetilanteessa, mutta noin pääsääntöisesti nykyään hyötysähköjarrun toiminnan lakkaaminen korvataan paineilmajarrulla.

[Olli Aalto]

Vaunut.org on pullollaan kuvia ja keskusteluja joissa sivutaan Sr1:n leivänpaahdinjarrua. Dr16 ei osaa siepata pakokaasujaan takaisin ulkoilmasta ja muuttaa niitä takaisin hiilivedyiksi, joten harakoille menee tosiaankin se energia, paitsi silloin, kun 1500 V on kytketty, jolloin energia työnnetään ensisijaisesti ko. linjaan.

Mikään ei kai periaatteessa estäisi Mikon mainitseman takaisinsyöttöinvertterin asennusta. Ylitsepääsemättömäksi ongelmaksi muodostunee kuitenkin tasavirtakoneen ominaisuus, joka on käsittääkseni jännitteen suoraan verrannollisuus generaattorin pyörimisnopeuteen. Sr1:n päämuuntajassa on kuitenkin vakio muuntosuhde, olisikohan ajomoottoreille jotain 25 000 V/400 V luokkaa, joten muuntaja pitäisi uusia malliksi, joka jatkuvasti kykenee muuttamaan muuntosuhdettaan -> totaalisen kannattamaton satsaus. Viisaammat täydentäköön.

[Toni Lassila]

Ja onhan Sr1:ssä "moottorijarru" kun sellainen on käsittääkseni myös mm. Isossa Vaikeessa?

Sähköjarruja, eli "moottorijarruja" on ollut pitkään ennen kuin veturit oppivat syöttämään sähköä takaisin ajolankoihin. Ne ovat toimineet siten, että junassa on isot lämpövastukset – tavallaan siis jättikokoinen leivänpaahdin – joko lattian alla tai katolla ja muodostuva sähköenergia sitten muutetaan niiden avulla lämmöksi. Neuvostokaluston katolla nuo vastukset erottuvat hyvin, mutta vastaavat löytyvät myös sellaisesta kalustosta, joka osaa palauttaa sähkövirtaa ajolankaan, koska jos ajolangan jännite on jo liian korkea, sinne ei ole mahdollista tunkea enempää sähköä, vaan liika sähkö on päästettävä harakoille.

Dr16:ssa erottuu ylhäältä päin se ritilä ja monissa amerikkalaisissa dieselvetureissa se blokki sijaitsee ohjaamon takana. Tässä on tietoa englanniksi niistä: http://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_braking

EDIT: Oikeastaan tässä on enemmän: http://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_braking_%28locomotive%29

[Olli Aalto]

Ja onhan Sr1:ssä "moottorijarru" kun sellainen on käsittääkseni myös mm. Isossa Vaikeessa?

Kuten 1. vastauksestani käy ilmi, on Dr16:ssa hyötyjarrutuksen mahdollistavat oikosulkumoottorit, eikä tasavirtamoottorit, joten sikäli niitä ei oikein voi verrata sillä perusteella keskenään sähköjarrun suhteen. Fysiikan lait eivät tunne eroa (edes juuri rakenteellisesti) moottorin ja generaattorin väliltä, vaan ero muodostuu siinä, mistä roottorin pyörimisliike saa voimansa: generaattorin tapauksessa se tulee mekaanisesti suoraan roottorille, jonka pyörimisen aiheuttama magneettikenttä saa aikaan sähkökentän staattorissa, kun taas moottorin tapauksessa roottorin pyörimisliike saadaan päinvastaisella tavalla staattorin sähkökentän aiheuttamalla magneettikentällä, jota roottori orjallisesti yrittää seurata.

[Topi Lajunen]

generaattorin tapauksessa se tulee mekaanisesti suoraan roottorille, jonka pyörimisen aiheuttama magneettikenttä saa aikaan sähkökentän staattorissa, kun taas moottorin tapauksessa roottorin pyörimisliike saadaan päinvastaisella tavalla staattorin sähkökentän aiheuttamalla magneettikentällä, jota roottori orjallisesti yrittää seurata.

Vähän tarkennusta: tasavirtageneraattorissa tyypillisesti sähkö otetaan ulos roottorilta, ja staattori saa sähkönsä "ulkopuolelta". Joissain tapauksissa staattorina toimii jopa kestomagneetit. Moottorikäytössäkin näkee kestomagneettistaattoreita, mutta rautatiekäytössä ne lienevät yksinomaan roottorin kanssa sarjassa tai vierasmagnetoituna.

Vaihtovirtamoottoreissa sitten toki roottorille "ei mene piuhoja".

[Olli Aalto]

generaattorin tapauksessa se tulee mekaanisesti suoraan roottorille, jonka pyörimisen aiheuttama magneettikenttä saa aikaan sähkökentän staattorissa, kun taas moottorin tapauksessa roottorin pyörimisliike saadaan päinvastaisella tavalla staattorin sähkökentän aiheuttamalla magneettikentällä, jota roottori orjallisesti yrittää seurata.

Vähän tarkennusta: tasavirtageneraattorissa tyypillisesti sähkö otetaan ulos roottorilta, ja staattori saa sähkönsä "ulkopuolelta". Joissain tapauksissa staattorina toimii jopa kestomagneetit. Moottorikäytössäkin näkee kestomagneettistaattoreita, mutta rautatiekäytössä ne lienevät yksinomaan roottorin kanssa sarjassa tai vierasmagnetoituna.

Vaihtovirtamoottoreissa sitten toki roottorille "ei mene piuhoja".

Näinhän se olikin. Ilmankos puhutaan tasavirtakoneiden kohdalla "hiilien kulumisesta loppuun", kun pyörivään roottoriin kosketuksessa ollessaan ne luonnollisesti kuluvat.

[Jukka Ahtiainen]

Vastarinnankytketyillä tyristorisilloilla on tehty teollisuudessa hyötyjarrutuksia tasavirtakoneilla jo vuosikymmeniä.
Ei vaadi invertteriä eikä muuntajan vaihtoa, mutta tuplasti lisää tyristoreita yms.

[Kimmo T. Lumirae]

Voisitko, Jukka, valaista vähän tuota kytkentää? Ymmärrän kyllä, että kytkemällä useasta tyristorista koottu hakkuri yhdessä sarjavastuksen kanssa moottorin napojen yli, saadaan "säädettävä oikosulku", jolla pysyvämagneetti(mikähän olisi oikea termi) -tasavirtamoottori jarrutettua pysähdyksiin, mutta että hyötyjarrutus? Eli virtapiiristä pitäisi tulla ulos 50 hertzin vaihtovirtaa? Miten tuollainen toimii?

[Jukka Ahtiainen]

Kytkentöjä on erilaisia.
Kuvassa a) on kiertovirraton vastarinnankytkentä. Tasasuuntaussillan tyristoreilla on rinnalla toinen tyristori,
joilla aikaansaadaan tasavirtamoottorin toiminta neljässä kvadrantissa, eli veto ja jarrutus molempiin pyörimissuuntiin.
Jarrutettaessa silta syöttää AC-verkkoon. Esimerkin kuva on kolmivaihesyötölle, mutta siitä saadaan yksivaiheinen jättämällä yksi vaihe pois.
Kuvassa b) on vaihtoehtoja / periaatekaavioita, kuinka mm. neljän Q:n käyttö aikaansaadaan 1- tai 3-vaihesyötöillä.

Lähde: Siemens Antriebs ABC, Ausgabe 1989 -taskukirja.

[Esko Ampio]

Vähän pikkuasiaa. Hiilien olemassaolo ei vielä kerro moottorin sähkölajista. "Hiilimoottorit" toimivat tasa- ja vaihtosähköllä. Mm. sähköporakoneet. !Märklin-kenttäkäämimoottorit!
 Oikosulkumoottoria voi käyttää generaattorina, netistä löytyy enemmän asiaa.  Veturikäytössäkin tähän tarvittaneen erinäisiä heebeleitä pitämään esim. taajuus sopivana. Tai sitten tässäkin käytössä on samat, vastaavat? systeemit. kuin moottorikäytössä. Edellisen viestin kuvat kertovat niistä paljon.
Kestomagneettimoottori toimii jo sinällään gentsuna, suoraan. Antaen tasasähköä ulos, ehtona hiilet ja kommutaattori.  Tällaisen moottorin jarrutus tehdään ankkurivirtaa kuormittamalla (toimii silloin gentsuna) Äkkijarrutuskin onnistuu oikosulkemalla ankkurin.  Akkuporakoneissa tämän huomaa hiilien leimahduksista, virta kulkee sen lyhyen hetken.

[Kimmo T. Lumirae]

Kiitos, Jukka. Hienoa! 

[Kimmo T. Lumirae]

Sähköjarruja, eli "moottorijarruja" on ollut pitkään ennen kuin veturit oppivat syöttämään sähköä takaisin ajolankoihin. Ne ovat toimineet siten, että junassa on isot lämpövastukset – tavallaan siis jättikokoinen leivänpaahdin – joko lattian alla tai katolla ja muodostuva sähköenergia sitten muutetaan niiden avulla lämmöksi. Neuvostokaluston katolla nuo vastukset erottuvat hyvin, mutta vastaavat löytyvät myös sellaisesta kalustosta, joka osaa palauttaa sähkövirtaa ajolankaan, koska jos ajolangan jännite on jo liian korkea, sinne ei ole mahdollista tunkea enempää sähköä, vaan liika sähkö on päästettävä harakoille.

Jos ollaan ihan tarkkoja, ensimmäiset sähköistykset olivat kolmivaihesähköistyksiä, ja näille on ominaista hyötyjarrutus syöttämällä sähköä takaisin lankaan. Näitä rakennettiin vuodesta 1899 alkaen ja niitä on tänä päivänäkin jäljellä neljällä eri rautatieyhtiöllä, joista mainittakoon Jungfrau-vuoren rata Jungfraubahn.

[Johannes Mertanen]

Menee viisasteluksi, mutta...

Vaihtovirtamoottoreissa sitten toki roottorille "ei mene piuhoja".

...paitsi jos kyseessä on vierasmagnetoitu synkronimoottori. Ranskalaisten TGV:ssä on käsittääkseni synkronimoottorit, tosin en tiedä ovatko ne vierasmagnetoituja vai kestomagnetoituja, vai onko niissä jopa sisäinen magnetointigeneraattori, jollaista käytetään mm. voimalaitoksissa. Uskoisin, etteivät ole ainakaan kestomagnetoituja, koska tehot ovat aika suuria ja kyse on vanhasta kalustosta. Vierasmagnetoidussa synkronikoneessa on hiiliharjat, mutta ei kommutaattoria vaan sileät liukurenkaat.


Sekä sarja- että rinnankytketyt (mutta eivät vieras- ja kestomagnetoidut) tasavirtakoneet toimivat myös vaihtovirralla, eivätkä Sr1:n tyristorisillan lähtöjännite ja -virta välttämättä ole edes kovin tasaisia, riippuen siitä miten niitä on suodatettu. Olettaisin että jonkinlainen suodatuskuristin siellä on. Olikos Sr1:ssä sarjaankytketyt "tasa"virtakoneet, jotka kytketään sähköjarrutuksen ajaksi erillismagnetoiduiksi?

Tasavirtakoneen lähtöjännite ei ole verkkoonjarrutuksessa ongelma, koska se saadaan magnetointia säätämällä sopivaksi aika laajalla toiminta-alueella. Kestomagneettikoneen magnetointia ei tietenkään voi säätää.

[Topi Lajunen]

Olikos Sr1:ssä sarjaankytketyt "tasa"virtakoneet, jotka kytketään sähköjarrutuksen ajaksi erillismagnetoiduiksi?

Siinä on keskenään rinnankytketyt sarjamagnetoidut ajomoottorit, jotka sähköjarrutuksessa kytketään kaikki sarjaan ja joilla on tuolloin erillinen vain sähköjarrutuksessa käytettävä magnetointitasasuuntaaja.

(Tästä seuraa "erikoisia" lopputulemia, kuten se, että yhden ajomoottorin voi erottaa pois käytöstä, mutta tällöin sähköjarru ei toimi lainkaan.)

[Olli Aalto]

Tässä välissä kysynkin, että minkälainen merkitys sähköjarrun käytöllä on Sr1:n tapauksessa mm. jarruanturoiden kulumisen kannalta?

[Topi Lajunen]

Tässä välissä kysynkin, että minkälainen merkitys sähköjarrun käytöllä on Sr1:n tapauksessa mm. jarruanturoiden kulumisen kannalta?

Sr1:n sähköjarrun teho ja käyttöominaisuudet ovat huonommat kuin nyt vaikkapa Sr2:ssa. Kuljettajakohtaisia eroja varmasti on, mutta käsittääkseni suuri osa ei tästä syystä käytä Sr1:n sähköjarrua monissa tilanteissa juuri lainkaan.

Suurempi vaikutus jarrulossien kulumisen kannalta on siinä, että kuljettajat monesti joka tapauksessa irrottavat itsetoimijarrutuksessa veturin paineilmajarrun irrotuspolkimella, jotta voivat kontrolloida veturin ja vaunun välin välystä paremmin. Veturin paineilmajarrutusta ei siis juurikaan käytetä riippumatta siitä käytetäänkö sähköjarrua vai ei.

[Markku Blomgren]

Onkohan Sr1 viimeinen veturisarja josta löytyy tuo veturijarrujen irroituspoljin? Tosin miten lienee sitten Dr16, tietääkö kukaan?

Tarvitseeko Sr2:sen kanssa niin kontrolloida tuota välystä kun niissä alkaa kuitenkin olemaan tuo unilinkit(?) eikä tarvita ystävyysidettä välissä. Kaksikerroskaluston kanssa on sitten käytössä EP-jarruohjaus sekä veturin sähköjarrulla päästään tehokkaaseen jarrutukseen joka helpottaa tilannetta myöskin?

Tietenkin Sr2 onkin ihan eri peto kuin kaalihäkki...siis Sr1 
Tuleva Sr3 ei varmasti paljoa poikkea Sr2:sta muuta kuin uudemman tekniikkansa puolesta...ja tietenkin dieselmoottoreidensa takia, mutta mitä nyt pienistä... 

[Tuukka Varjoranta]

Onkohan Sr1 viimeinen veturisarja josta löytyy tuo veturijarrujen irroituspoljin? Tosin miten lienee sitten Dr16, tietääkö kukaan?

Tarvitseeko Sr2:sen kanssa niin kontrolloida tuota välystä kun niissä alkaa kuitenkin olemaan tuo unilinkit(?) eikä tarvita ystävyysidettä välissä. Kaksikerroskaluston kanssa on sitten käytössä EP-jarruohjaus sekä veturin sähköjarrulla päästään tehokkaaseen jarrutukseen joka helpottaa tilannetta myöskin?

Tietenkin Sr2 onkin ihan eri peto kuin kaalihäkki...siis Sr1 
Tuleva Sr3 ei varmasti paljoa poikkea Sr2:sta muuta kuin uudemman tekniikkansa puolesta...ja tietenkin dieselmoottoreidensa takia, mutta mitä nyt pienistä... 

Sr2:n jatkuva teho on 5 megawattia ja Sr3:ssa taas tämä luku on 6.4 megawattia.

[Topi Lajunen]

Onkohan Sr1 viimeinen veturisarja josta löytyy tuo veturijarrujen irroituspoljin?

Kyllä vastaava toiminto löytyy myös Sr2:sta. Siinä se ei ole poljin, vaan oikean käden peukalopainike jarrukahvassa. (Tämä on hyvä esimerkki siitä, miten samat toiminnot ovat eri vekottimissa aivan erilaisia.)

Dr16:sta en tiedä, mutta vastaava irrotustoiminto löytyy jo Dv12:sta, joten luotan vakaasti, että Dr16:ssakin vastaava toiminto on.

(Dr16-tietäjät, valaiskaa.)

[Kimmo T. Lumirae]

Sr2:n jatkuva teho on 5 megawattia ja Sr3:ssa taas tämä luku on 6.4 megawattia.

Siemens ES64U2:lle eli Taurukselle, joka on Sr3:n suora edeltäjä, ilmoitetaan tuntitehoksi 6,4 MW enkä ole siemensiläisille nähnyt ilmoitettavan tätä korkeampia tehoja ts. vaikka Sr3:n jatkuva teho olisikin tämä lukema, en ole nähnyt siis ilmoitettavan tätä korkeampaa tuntitehoakaan.

Sr2:n tuntiteho on 6,1 MW. Tässä suhteessa ero on siis hyvin pieni. Samoin ilmoitettu suurin vetovoima 300 kN on Sr2:n ja Sr3:n suhteen identtinen.

[Jorma Toivonen]

Topi arveli aivan oikein, myös Dr16 vetureista löytyy jarrujen irroituspoljin.